Aus dem Fragment 125 des altgriechischen Gelehrten Demokrit stammt folgender Satz: „Scheinbar ist Farbe, scheinbar Süßigkeit, scheinbar Bitterkeit: wirklich nur Atome und Leeres.“ Gut 2500 Jahre später müssen wir feststellen, dass wir nur einen kleinen Bruchteil unserer Wirklichkeit überhaupt kennen und dass vieles, was wir erkennen können, nur die scheinbare Abbildung einer uns noch unbekannten Wirklichkeit ist. Die Dunkle Materie und die Dunkle Energie machen mit Anteilen von etwa 26 und 70 Prozent den Großteil des Existierenden aus. Die Natur von 96 Prozent des Existierenden bleibt uns bisher verborgen. Nur 4 Prozent bestehen aus den uns bekannten Atomen bzw. Teilchen des Standardmodells, zu denen auch die Bestandteile der Atome (Elektronen, Protonen, Neutronen) oder die Photonen als träger der elektromagnetischen Wechselwirkung gehören. Die von den astronomischen bzw. kosmischen Objekten ausgesandte elektromagnetische Strahlung ist die Hauptbeobachtungsgrundlage, welche im gesamten Spektrum dieser Strahlung erfolgt. Dieses Spektrum umfasst den Radiobereich, Mikrowellenbereich, Infrarotbereich, Optischen Bereich, Ultravioletten Bereich, Röntgenbereich und den Gammastrahlenbereich. Grundlage dieser Beobachtungsmöglichkeiten ist die elektromagnetische Wechselwirkung, also die Wechselwirkung zwischen Materie und Strahlung. Neben der elektromagnetischen Strahlung erreicht uns auch eine Teilchenstrahlung aus dem Weltraum, die sogenannte Kosmische Strahlung. Sie besteht zum größten Teil aus Protonen und Alpha-Teilchen (Heliumatomkerne). Doch auch massereichere Atomkerne und Elektronen sind mit einem geringen Anteil vertreten.

Eine weitere Beobachtungsmöglichkeit ist indirekter Natur. Grundlage hierfür ist die gravitative Wechselwirkung. Zwischen Materieteilchen wirkt die gravitative Wechselwirkung als anziehende Kraft, die auch für die Bewegungszustände der Materieteilchen bzw. Materiezusammenballungen verantwortlich ist. Anhand der Bewegungen von Planeten, Sternen und Galaxien können wir auf ihre Masse oder auf noch unbekannte Objekte schließen.

Beobachtungen auf Grundlage der gravitativen Wechselwirkung zeigen jedoch, dass mehr Materie vorhanden sein muss, als in Galaxien oder Galaxienhaufen zu sehen ist. Diese Materie wechselwirkt ausschließlich nur durch die Gravitation miteinander und nicht durch elektromagnetische Strahlung. Die Folge ist, dass wir die Materie zwar wegen ihrer Masse durch die Gravitationswirkung auf andere sichtbare Objekte nachweisen können, sie jedoch wegen ihrer fehlenden Wechselwirkung mit der elektromagnetischen Strahlung nicht sehen können. Deshalb sprechen wir in diesem Fall von Dunkler Materie, die rund 85 % der gesamten Materie ausmacht. In der kosmischen Energiebilanz klafft allerdings noch eine gewaltige Lücke, denn die Materie insgesamt liefert nur einen Anteil von rund 30 %. Die anderen 70 % scheinen sich nur durch eine sogenannte Dunkle Energie erklären zu lassen. Diese Dunkle Energie lässt sich auch nur indirekt nachweisen. Sie hat eine beschleunigende Wirkung auf die kosmische Ausdehnung des Universums. Das Universum dehnt sich heute schneller als in der Vergangenheit aus, was der Vergleich der Leuchtkräfte von Supernovae-Ia-Ereignissen in Abhängigkeit von ihrer Entfernung und damit auch vom Alter des Universums zeigt.